特許 6029761 円形穴加工方法及び円形穴加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6029761

(24)【登録日】2016年10月28日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】円形穴加工方法及び円形穴加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23B 39/00 20060101AFI20161114BHJP

   B23B 41/12 20060101ALI20161114BHJP

   B23B 35/00 20060101ALI20161114BHJP

   G05B 19/404 20060101ALI20161114BHJP

   B23Q 17/09 20060101ALN20161114BHJP

【ＦＩ】

   B23B39/00 B

   B23B41/12

   B23B35/00

   G05B19/404 K

   !B23Q17/09 A

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-529579(P2015-529579)

(86)(22)【出願日】2014年7月29日

(86)【国際出願番号】JP2014069957

(87)【国際公開番号】WO2015016223

(87)【国際公開日】20150205

【審査請求日】2016年1月15日

(31)【優先権主張番号】特願2013-157556(P2013-157556)

(32)【優先日】2013年7月30日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】森 健児

(72)【発明者】

【氏名】福光 仁

(72)【発明者】

【氏名】根本 章宏

(72)【発明者】

【氏名】木谷 太久郎

【審査官】 山本 忠博

(56)【参考文献】

【文献】 特開平７−４０１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１９１７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１２５６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４００９９６８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０９４３２４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｂ ３９／００，４１／１２，３５／００，

Ｇ０５Ｂ １９／４０４，

Ｂ２３Ｑ １７／０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークに円形の穴を加工する円形穴加工方法であって、
ワークを加工する際に刃先に掛かる加工負荷に対応する加工負荷データを取得する工程と、
前記工程により取得された加工負荷データとワークの部位毎の剛性データとを利用して、ワークの加工形状を予測する工程と、
前記工程により予測された加工形状を目標形状に対して反転した反転形状が形成されるようにワークに対して加工を行う工程と、
を含むことを特徴とする円形穴加工方法。

【請求項2】

前記加工負荷データを取得する工程は、直前のワークを加工する際のトルク変動に基づいて前記加工負荷データを取得することを特徴とする請求項１に記載の円形穴加工方法。

【請求項3】

ワークの加工台数と刃先の摩耗量に応じた加工負荷データとを対応付けたマスターデータを備え、
前記加工負荷データを取得する工程は、加工台数に応じた加工負荷データを前記マスターデータから読み出すことで前記加工負荷データを取得する、請求項１に記載の円形穴加工方法。

【請求項4】

前記加工は、ボーリング用刃具を用いて行うことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の円形穴加工方法。

【請求項5】

ワークに円形の穴を加工する円形穴加工装置であって、
ワークを加工する際に刃先に掛かる加工負荷に対応する加工負荷データを取得する加工負荷データ取得部と、
取得された加工負荷データとワークの部位毎の剛性データとを利用して、ワークの加工形状を予測する加工形状予測部と、
予測された加工形状を目標形状に対して反転した反転形状が形成されるようにワークに対して加工を行うモータ制御部と、
を含むことを特徴とする円形穴加工装置。

【請求項6】

前記加工負荷データ取得部は、直前のワークを加工する際のトルク変動に基づいて前記加工負荷データを取得することを特徴とする請求項５に記載の円形穴加工装置。

【請求項7】

ワークの加工台数と刃先の摩耗量に応じた加工負荷データとを対応付けたマスターデータを備え、
前記加工負荷データ取得部は、加工台数に応じた加工負荷データを前記マスターデータから読み出すことで前記加工負荷データを取得する、請求項５に記載の円形穴加工装置。

【請求項8】

ボーリング用刃具を用いた加工装置であることを特徴とする請求項５から７の何れかに記載の円形穴加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、円形穴加工方法及び円形穴加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自動車の製造工程では、エンジンのシリンダブロックのボアを切削加工し、その後、シリンダヘッドやクランクケース等をシリンダブロックに組み付けることが行われている。
ここで、ボアに収容されるピストンは断面真円形状であるため、ボアの断面形状が真円に近い状態になるように切削加工している。

【0003】

ところが、シリンダブロックのボアを断面真円形状に加工したとしても、シリンダヘッドやクランクケース等が組み付けられると、ボアの形状が変形してしまう。このようにボアが変形すると、エンジンの使用時におけるボアとピストンとの摺動抵抗が増加する要因になり、エンジンが所望の性能を発揮できないおそれがある。

【0004】

そこで、シリンダブロックのボアを加工する際、シリンダヘッドを模したダミーヘッドを取り付けてボアの加工を行い、ボアの加工が終了すると、ダミーヘッドを取り外していた。
しかしながら、シリンダブロックのボア加工の都度、ダミーヘッド等の取り付け、取り外しを行うと、生産性が大幅に低下する、という問題がある。

【0005】

この問題を解決するため、以下のような手法が提案されている（特許文献１，２参照）。すなわち、まず、ダミーヘッドをシリンダブロックに装着して、工作機械によりボアを断面真円形状に加工する。次に、シリンダブロックからダミーヘッドを取り外す。すると、ダミーヘッドの組付けによる応力が解消されるので、ボアの形状が変形して断面非真円形となる。この断面非真円形状のボアの全体形状を測定して、ＮＣデータを生成しておく。

【0006】

このＮＣデータは、具体的には、ダミーヘッドを取り外して断面非真円形状となったボアに対して、ボアの軸線に沿って所定間隔おきに測定点を設定し、各測定点でのボアの断面形状を測定したものである。

【0007】

その後、生成したＮＣデータに基づいて、ダミーヘッドを装着せずに、未加工のシリンダブロックのボーリング加工を行って、非真円形状のボアを形成する。
このようにすれば、シリンダブロックにダミーヘッドを取り付けずにボアを加工しても、シリンダヘッドを装着すると、ボアが真円形状となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００７−３１３６１９号公報

【特許文献2】国際公開第２００９／１２５６３８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１，２の手法によれば、シリンダヘッド装着時に真円形状となるようにシリンダブロックのボアを加工することができるものの、近年では、加工精度を高める更なる工夫が求められている。すなわち、シリンダブロックのボーリング加工（切削加工）では、刃具を押し当てて切削するため、ワークは、刃具により押圧される。刃具による押圧力（以下、加工負荷と呼ぶ）が大きくなると、ワークには弾性変形が生じてしまい、加工精度が低下してしまう。そこで、このような加工負荷に基づく加工精度の低下を防止する工夫が求められる。

【0010】

ここで、加工負荷は、刃具の摩耗具合によって異なり、摩耗が少ない刃具では加工負荷が小さいものの、摩耗の大きい刃具では加工負荷が大きくなる。そのため、摩耗が大きくなるたびに刃具を新刃に交換する対応が考えられるが、交換頻度が増大し、コストアップにつながるため、必ずしも好ましくない。また、切削の取代を小さくし、加工負荷を減少させる対応も考えられるが、取代を小さくした分だけ他の工程に影響を与えてしまう。すなわち、切削工程を荒工程及び仕上工程のような複数の工程に分割する必要や、切削工程の後に行う研磨工程において取代を大きくする必要等があり、全体のサイクルタイムが増大してしまう。

【0011】

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、刃具の摩耗に関わらず精度良く加工可能な円形穴加工方法及び円形穴加工装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

（１）ワーク（例えば、後述のシリンダブロック）に円形の穴を加工する円形穴加工方法であって、ワークを加工する際に刃先（例えば、後述の切削バイト１３の刃先）に掛かる加工負荷に対応する加工負荷データを取得する工程（例えば、後述の加工負荷データ取得部４０１が実行する工程）と、前記工程により取得された加工負荷データとワークの部位（例えば、切削バイト１３の刃先が接触する円周上の部分、ワークの深さ）毎の剛性データ（例えば、後述の弾性変形量）とを利用して、ワークの加工形状を予測する工程（例えば、後述の加工形状予測部４０２が実行する工程）と、前記工程により予測された加工形状を目標形状に対して反転した反転形状が形成されるようにワークに対して加工を行う工程（例えば、後述のモータ制御部４０３が実行する工程）と、を含むことを特徴とする円形穴加工方法。

【0013】

（１）の円形穴加工方法によれば、刃先に掛かる加工負荷に対応する加工負荷データを取得し、この加工負荷データによりワークに生じる弾性変形を加味してワークの加工形状を予測する。そして、この予測した加工形状を目標形状に対して反転して、ワークに対して加工を行う。これにより、加工負荷の増大に伴いワークに生じる弾性変形に基づく誤差を相殺することができる。
その結果、刃先の摩耗度合いに関わらず、精度良くワークに対して円形の穴を加工することができる。また、刃先の交換頻度を抑えることができ、コストを低く抑えることができる。また、刃先の摩耗度合いに応じて切削の取代を小さくする必要もなく、サイクルタイムを抑えることができ、生産性を向上させることができる。

【0014】

（２）前記加工負荷データを取得する工程は、直前のワークを加工する際のトルク変動に基づいて前記加工負荷データを取得することを特徴とする（１）に記載の円形穴加工方法。

【0015】

（２）の円形穴加工方法によれば、トルク変動から所定の演算により加工負荷データを取得できるため、マスターデータを予め用意する必要がない。

【0016】

（３）ワークの加工台数と刃先の摩耗量に応じた加工負荷データとを対応付けたマスターデータ（例えば、後述の加工台数負荷対応テーブル４０５）を備え、前記加工負荷データを取得する工程は、加工台数に応じた加工負荷データを前記マスターデータから読み出すことで前記加工負荷データを取得する（１）に記載の円形穴加工方法。

【0017】

（３）の円形穴加工方法によれば、適切なマスターデータを一度用意してしまえば、オートマチックに加工を進めることができる。

【0018】

（４）前記加工は、ボーリング用刃具を用いて行うことを特徴とする（１）から（３）の何れかに記載の円形穴加工方法。

【0019】

（４）の円形穴加工方法によれば、刃先の摩耗が著しいボーリング用刃具を用いた加工において、刃先の摩耗に関わらず加工精度を向上させることができ好適である。

【0020】

（５）ワーク（例えば、後述のシリンダブロック）に円形の穴を加工する円形穴加工装置（例えば、後述の非真円形穴加工装置１）であって、ワークを加工する際に刃先（例えば、後述の切削バイト１３の刃先）に掛かる加工負荷に対応する加工負荷データを取得する加工負荷データ取得部（例えば、後述の加工負荷データ取得部４０１）と、取得された加工負荷データとワークの部位（例えば、切削バイト１３の刃先が接触する円周上の部分、ワークの深さ）毎の剛性データ（例えば、後述の弾性変形量）とを利用して、ワークの加工形状を予測する加工形状予測部（例えば、後述の加工形状予測部４０２）と、予測された加工形状を目標形状に対して反転した反転形状が形成されるようにワークに対して加工を行うモータ制御部（例えば、後述のモータ制御部４０３）と、を含むことを特徴とする円形穴加工装置。

【0021】

（６）前記加工負荷データ取得部は、直前のワークを加工する際のトルク変動に基づいて前記加工負荷データを取得することを特徴とする（５）に記載の円形穴加工装置。

【0022】

（７）ワークの加工台数と刃先の摩耗量に応じた加工負荷データとを対応付けたマスターデータ（例えば、後述の加工台数負荷対応テーブル４０５）を備え、前記加工負荷データ取得部は、加工台数に応じた加工負荷データを前記マスターデータから読み出すことで前記加工負荷データを取得する（５）に記載の円形穴加工装置。

【0023】

（８）ボーリング用刃具を用いた加工装置であることを特徴とする（５）から（７）の何れかに記載の円形穴加工装置。

【0024】

（５）〜（８）の円形穴加工装置によれば、（１）〜（４）と同様の効果を奏する。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、刃具の摩耗に関わらずワークに対する加工を精度良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の一実施形態に係る非真円形穴加工装置の概略構成図である。

【図2】前記実施形態に係る非真円形穴加工装置のカムの突出量を示す模式図である。

【図3】前記実施形態に係る非真円形穴加工装置のカム角度と切削バイトの突出量との関係を示す図である。

【図4】前記実施形態に係る非真円形穴加工装置の制御装置の機能構成を示すブロック図である。

【図5】加工台数、刃先の摩耗及び加工負荷の関係を模式的に示す図である。

【図6】加工負荷とワークの弾性変形量（剛性データ）との関係を模式的に示す図である。

【図7】ワークの弾性変形量とワークの深さとの関係を示す図である。

【図8】ワークの弾性変形量から予測される加工形状、加工形状を目標形状に対して反転した反転形状、及びワークの目標形状の断面図である。

【図9】前記実施形態に係る非真円形穴加工装置の処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る非真円形穴加工装置１の概略構成図である。
非真円形穴加工装置１は、例えば、ワークとしての自動車エンジンのシリンダブロックのボアに加工ヘッド１０を挿入し、ボーリング加工を行う。
この非真円形穴加工装置１は、加工ヘッド１０を回転させる回転駆動機構２０と、この回転駆動機構２０を進退させる進退機構３０と、これらを制御する制御装置４０と、ワークのボアの内径形状を測定する真円度測定器５１と、この真円度測定器５１の測定結果を解析して制御装置４０に出力する上位コンピュータ５２と、を備える。
また、上位コンピュータ５２には、ワークのシミュレーション解析を行うＣＡＥシステム５４、及び、ワークの設計を行うＣＡＤシステム５３が接続されている。

【0028】

回転駆動機構２０は、円筒形状のアーバ２１と、アーバ２１の内部に収納されたシャフト２２と、アーバ２１を回転駆動するアーバモータ２３と、シャフト２２を回転駆動するシャフトモータ２４と、アーバモータ２３を収容するハウジング２５と、を備える。
ここで、アーバ２１の回転軸とシャフト２２の回転軸とは、同軸である。

【0029】

ハウジング２５には、アーバモータ２３のほか、アーバ２１を回転可能に保持するベアリング２５１と、アーバ２１の回転速度及び回転角を検出する第１ロータリエンコーダ２５２と、進退機構３０が螺合されるナット部２５３と、が設けられている。

【0030】

シャフトモータ２４には、シャフト２２の回転速度及び回転角を検出する第２ロータリエンコーダ２４１が設けられている。

【0031】

進退機構３０は、送りねじ機構であり、ねじが刻設された軸部３１と、この軸部３１を回転駆動する進退モータ３２と、軸部３１の回転速度及び回転角を検出する第３ロータリエンコーダ３３と、を備える。軸部３１は、ハウジング２５のナット部２５３に螺合されている。
この進退機構３０によれば、進退モータ３２を駆動することにより軸部３１が回転し、回転駆動機構２０を進退させることができる。

【0032】

加工ヘッド１０は、アーバ２１に一体に連結される円筒形状のアーバ１１と、アーバ１１の内部に収納されてシャフト２２に一体に連結されるシャフト１２と、アーバ１１の外周面に突没可能に設けられた切削バイト１３と、を備える。

【0033】

アーバ１１の先端側には、アーバ１１の回転軸に交差する方向に延びる貫通孔１１１が形成されている。
切削バイト１３は、棒状であり、貫通孔１１１に挿入されて、図示しない付勢手段により、シャフト１２に向かって付勢されている。

【0034】

図２に示すように、シャフト１２には、切削バイト１３を突出する方向に押圧するカム１２１が設けられている。
カム１２１は、例えば、真円形状であり、シャフト１２は、この真円形の中心からずれた位置に設けられている。これにより、シャフト１２の回転中心からカム１２１の周縁までの距離は、連続的に変化する。
なお、カム１２１の形状は、真円形状に限らないが、コストを低減するため、真円形状が好ましい。

【0035】

このカム１２１の周縁には、切削バイト１３の基端縁が当接する。したがって、アーバ１１に対するシャフト１２の角度を変化させることで、カム１２１の周縁のうち切削バイト１３に当接する部分が変化し、切削バイト１３のアーバ１１の外周面からの突出量が変化する。

【0036】

図２（ａ）は、カム１２１の突出量がｔである状態を示す模式図であり、図２（ｂ）は、切削バイト１３の突出量がゼロである状態を示す模式図である。
図２中、カム１２１の回転中心からカム１２１の周縁のうちシャフト１２から最も遠い部分に至る直線を、カム１２１の基準線Ｑとし、切削バイト１３の中心軸を通る直線を、切削バイト１３の基準線Ｒとする。そして、カム１２１の基準線Ｑと切削バイト１３の基準線Ｒとの成す角度を、カム角度とする。

【0037】

切削バイト１３の突出量がｔとなる状態では、カム角度はαである。このαを初期角度とする。一方、切削バイト１３の突出量がゼロとなる状態では、カム角度は（α＋β）である。
カム１２１の半径をＣｒとし、カム１２１の中心から回転中心までのオフセット寸法をＣｏとすると、カム１２１の回転中心から切削バイト１３の基端縁までの最大寸法Ｌ１及び最小寸法Ｌ２は、以下の式（１）、（２）で表される。

【0038】

Ｌ１＝Ｃｏ×ｃｏｓ（α）＋Ｃｒ ・・・（１）
Ｌ２＝Ｃｏ×ｃｏｓ（α＋β）＋Ｃｒ ・・・（２）

【0039】

以上より、カム角度のストロークはβ（揺動角）となり、切削バイト１３の突出量のストロークはｔとなり、以下の式（３）が成立する。

【0040】

ｔ＝Ｌ１−Ｌ２＝Ｃｏ×｛ｃｏｓ（α）−ｃｏｓ（α＋β）｝ ・・・（３）

【0041】

この式（３）に基づいて、カム角度と切削バイト突出量との関係を図３に示す。
図３中実線で示すように、切削バイト１３の突出量は、カム角度の変化に対して、非線形つまり円弧状に変化する。一方、図３中破線で示すように、理想的なカムでは、切削バイトの突出量は直線状（リニア）に変化する。よって、切削バイトの突出量を直線状（リニア）に変化させた場合に比べて、切削バイト１３の突出量の誤差は、カム角度α（初期角度）とカム角度（α＋β）との中間付近で最も大きくなる。

【0042】

したがって、切削バイト１３をΔｔだけ突出させたい場合には、この突出量（Δｔ）に対応するカム角度（α＋Δβ）を、カム角度の指令値とする。これにより、容易に突出量を直線状（リニア）に変化させることができる。
具体的には、例えば、突出量（Δｔ）と、カム角度の指令値（α＋Δβ）とが対応付けられた突出量カム角度対応テーブル９１（図１参照）を生成して、予め主制御装置４１のメモリ９０に記憶させておき、後述の同期コントローラ４２により、この指令値（α＋Δβ）を呼び出せるようにする。なお、これに限らず、突出量カム角度対応テーブル９１を、同期コントローラ４２自体に記憶させてもよいし、また、上位コンピュータ５２から同期コントローラ４２に出力させてもよい。

【0043】

図１に戻って、制御装置４０は、アーバ２１及びシャフト２２を同期して回転させつつ、アーバ２１の回転角の位相に対してシャフト２２の回転角の位相を進角化または遅角化することにより、切削バイト１３のアーバ１１の外周面からの切削バイト１３の突出量を調整することができる。
この制御装置４０は、主制御装置４１、同期コントローラ４２、第１サーボアンプ４３、第２サーボアンプ４４、及び第３サーボアンプ４５を備える。

【0044】

主制御装置４１は、上位コンピュータからの出力に従って、第１サーボアンプ４３及び第３サーボアンプ４５を介して、アーバモータ２３及び進退モータ３２を駆動し、ワークに対する切削バイト１３の切削速度及び軸線上の位置を制御する。すなわち、主制御装置４１は、いわゆるＮＣ（数値）制御装置と同様の動作をする装置である。この主制御装置４１は、突出量カム角度対応テーブル９１を記憶したメモリ９０を備えている。

【0045】

同期コントローラ４２は、ワークのボアに対する切削バイト１３の向き（すなわちアーバ２１の回転角）と、ワークのボアに対する切削バイト１３の軸線上の位置（すなわち進退機構３０の軸部３１の回転角）とに応じて指令信号を出力する。これにより、第２サーボアンプ４４を介してシャフトモータ２４を駆動し、切削バイト１３の突出寸法（すなわちアーバ１１の外周面からの切削バイト１３の突出量）を調整する。

【0046】

具体的には、アーバ２１の回転角及び加工ヘッド１０の進退方向の位置（すなわち切削バイト１３のワークのボアに対する軸線上の位置）と、切削バイト１３の突出量との関係を示すマップが、上位コンピュータからの出力に基づいて生成され、このマップは、同期コントローラ４２により、当該同期コントローラ４２内のメモリに記憶される。
マップとは、パラメータを配列したものである。すなわち、上述のマップは、加工ヘッド１０の進退方向の位置（すなわち切削バイト１３のワークのボアに対する軸線上の位置）毎に、アーバ２１の回転角及び切削バイト１３の突出量との関係を示すボアの断面２次元データを求め、軸線方向に配列したものである。

【0047】

そして、同期コントローラ４２は、第１ロータリエンコーダ２５２で検出したアーバ２１の回転速度及び回転角（具体的には、単位時間当たりのロータリエンコーダが発生するパルス数、すなわち、サンプリング時間のパルス数）、ならびに、第３ロータリエンコーダ３３で検出した軸部３１の回転角（具体的には、単位時間当たりのロータリエンコーダが発生するパルス数、すなわち、サンプリング時間のパルス数）に基づいて、前記同期コントローラ４２内のメモリに記憶された、切削バイト１３の突出量の関係を示すマップを参照して、第２サーボアンプ４４を介して、シャフトモータ２４を駆動する。
このとき、第２サーボアンプ４４により、第２ロータリエンコーダ２４１で検出したシャフト２２の回転速度及び回転角（具体的には、単位時間当たりのロータリエンコーダが発生するパルス数、すなわち、サンプリング時間のパルス数）に応じて、シャフトモータ２４をフィードバック制御する。

【0048】

以上のように構成される非真円形穴加工装置１では、切削バイト１３の摩耗具合に応じて、自動車エンジンのシリンダブロックのボアをボーリング加工する。以下、詳細に説明する。
図４は、制御装置４０の機能的構成を示すブロック図である。なお、以下に示す構成は、制御装置４０を構成する主制御装置４１が備えることとしてもよく、また、同期コントローラ４２が備えることとしてもよい。

【0049】

図４を参照して、制御装置４０は、加工負荷データ取得部４０１と、加工形状予測部４０２と、モータ制御部４０３と、メモリ４０４と、を含んで構成される。メモリ４０４は、加工台数負荷対応テーブル４０５と、加工負荷変形量対応テーブル４０６と、を含んで構成される。

【0050】

加工負荷データ取得部４０１は、切削バイト１３がワークを加工する際に刃先に掛かる加工負荷に対応する加工負荷データを取得する。ここで、刃先に掛かる加工負荷とは、切削バイト１３がワークを押圧する力であり、加工負荷が大きくなるとアーバモータ２３のトルクが増大する。そこで、加工負荷データ取得部４０１は、アーバモータ２３のトルクを監視し、トルクの変動から所定の演算により加工負荷に対応する加工負荷データを取得する。

【0051】

また、切削バイト１３の刃先が摩耗すると、ワークを切削せずに押圧する力が増大することから、刃先に掛かる加工負荷は、切削バイト１３の刃先が摩耗するほど増大する。ここで、ワークが同一であるため、刃先の摩耗度は加工したワークの台数（加工台数）と対応付けて定量的に算出することができる。
図５は、加工台数、刃先の摩耗及び加工負荷の関係を模式的に示す図である。対応関係Ｇ１は、加工台数と刃先の摩耗との関係を示しており、加工台数が増加すると、刃先の摩耗も増大する。また、対応関係Ｇ２は、加工台数と加工負荷との関係を示しており、加工台数が増加すると、刃先に掛かる加工負荷も増大する。このような関係（特に対応関係Ｇ２）を予め算出しておき、加工台数負荷対応テーブル４０５（マスターデータ）としてメモリ４０４に記憶する。
そして、加工負荷データ取得部４０１は、現在の加工台数に応じた加工負荷に対応する値を加工台数負荷対応テーブル４０５から読み出して、加工負荷に対応する加工負荷データを取得することとしてもよい。

【0052】

ここで、加工負荷（刃先がワークを押圧する力）が増大すると、ワークに弾性変形が生じ、加工精度が低下してしまう。そこで、加工形状予測部４０２は、加工負荷データ取得部４０１が取得した加工負荷データとワークの剛性データとを利用してワークを加工した際の加工形状を予測する。
図６は、加工負荷とワークの弾性変形量（剛性データ）との関係を模式的に示す図である。対応関係Ｇ３は、加工負荷とワークの弾性変形量との関係を示しており、加工負荷が増大すると、弾性変形量も増大する。そこで、このような関係を予め算出しておき、加工負荷変形量対応テーブル４０６（マスターデータ）としてメモリ４０４に記憶する。

【0053】

なお、ワークの弾性変形量は、ワークによって一定ではなく、切削バイト１３の刃先が接触する部分によって異なる。そこで、加工負荷変形量対応テーブル４０６は、切削バイト１３の刃先が接触する円周上の部分毎に加工負荷と弾性変形量との関係を規定しておくことが好ましい。
また、ワークの弾性変形量は、ワークの円周上の部分だけでなく、ワークの深さによっても異なる。具体的には、ボアのボーリング加工は、図７のように深さＲ１〜Ｒ３まで連続して行われるが、ワークの表面（深さＲ１，Ｒ３）は、ワークの内部（深さＲ２）よりも変形し易い。そこで、加工負荷変形量対応テーブル４０６は、ワークの深さ毎に加工負荷と弾性変形量との関係を規定しておくことが好ましい。

【0054】

加工形状予測部４０２は、加工負荷データ取得部４０１が取得した加工負荷データに応じた弾性変形量を加工負荷変形量対応テーブル４０６から読み出し、ボーリング加工の目標形状にこの弾性変形量を加味してボーリング加工した際の加工形状を予測する。
なお、加工負荷データ取得部４０１がアーバモータ２３のトルクから加工負荷データを取得する場合、取得した加工負荷データは、加工負荷データを取得しているワークの次のワークに対する加工形状の予測に用いられる。

【0055】

モータ制御部４０３は、加工形状予測部４０２が予測した加工形状を目標形状に対して反転させた反転形状が加工されるように、各種モータ２３，２４，３２を制御し、ワークに対して加工を行う。

【0056】

図８は、ボアの加工形状の断面図である。図８において加工目標とするボアの内周面の位置（目標形状）を基準線Ｔ０とする。
図８（ａ）を参照して、加工形状予測部４０２が予測した加工形状Ｓ１について説明する。加工負荷に応じてワークが弾性変形するため、図８（ａ）に示すように、加工形状予測部４０２が予測する加工形状Ｓ１は、加工目標の基準線Ｔ０に対して所定の誤差を有する。

【0057】

そこで、図８（ｂ）に示すように、モータ制御部４０３は、加工形状Ｓ１を加工目標の基準線Ｔ０に対して反転し、反転形状Ｓ２を生成する。すなわち、加工形状Ｓ１において基準線Ｔ０よりもΔＴだけ内側に位置する部分を基準線Ｔ０で反転し、基準線Ｔ０よりもΔＴだけ外側に位置することとする。
そして、モータ制御部４０３は、この反転形状Ｓ２が加工されるように、各種モータ２３，２４，３２を制御する。これにより、ワークの弾性変形に基づく誤差が相殺され、基準線Ｔ０と略一致する目標形状Ｓ０（図８（ｃ）参照）が加工されることになり、加工精度を向上させることができる。

【0058】

次に、以上のように構成される非真円形穴加工装置１を用いて、自動車エンジンのシリンダブロックのボアをボーリング加工する手順について、図９のフローチャートを参照して説明する。

【0059】

初めに、加工負荷データ取得部４０１は、切削バイト１３がワークを加工する際に刃先に掛かる加工負荷をワークの部位（円周及び深さ）毎に測定して加工負荷データを取得する（ステップＳＴ１）。なお、加工負荷データの取得は、上述のように切削バイト１３を回転させるアーバモータ２３のトルクの変動から算出することとしてもよく、また、切削バイト１３が加工したワークの加工台数から算出することとしてもよい。

【0060】

続いて、加工形状予測部４０２は、目標形状にステップＳＴ１で測定した加工負荷に応じた弾性変形量を加味して、ボーリング加工した際の加工形状を予測する（ステップＳＴ２）。続いて、モータ制御部４０３は、ステップＳＴ２で予測した加工形状を目標形状に対して反転し、この反転形状が加工されるように各種モータ２３，２４，３２を制御し、ワークに対して非真円形加工を行う（ステップＳＴ３）。

【0061】

以上説明した本実施形態によれば、以下のような効果がある。
切削バイト１３を用いた加工を繰り返すと、切削バイト１３の刃先が摩耗し加工精度が低下する。この点、本実施形態の非真円形穴加工装置１では、摩耗による加工精度の低下を抑制するように各種モータ２３，２４，３２を制御し、ワークに対して非真円形加工を行う。具体的には、摩耗による加工精度の低下がワークの弾性変形に基づくものであることに着目し、刃先に掛かる加工負荷に対応した加工負荷データを取得し、この加工負荷データからワークの弾性変形量を算出する構成とした。そして、算出した弾性変形量を加味（反転）してワークに対して加工を行うことで、ワークの弾性変形に基づく誤差を相殺する。
これにより、本実施形態の非真円形穴加工装置１によれば、切削バイト１３の刃先の摩耗度合いに関わらず、精度良くワークに対して非真円形加工を行うことができる。その結果、刃先の交換頻度を抑えることができ、コストを低く抑えることができる。また、刃先の摩耗度合いに応じて切削の取代を小さくする必要もなく、サイクルタイムを抑えることができ、生産性を向上させることができる。

【0062】

なお、加工負荷データは、ワークを加工する際のアーバモータ２３のトルク変動から所定の演算により算出することとしてもよく、また、加工台数と加工負荷とを対応付けたマスターデータを設け、このマスターデータを参照して算出することとしてもよい。
トルク変動から算出する場合、マスターデータを予め用意する必要がなく好適である。また、マスターデータを参照して算出する場合、一度マスターデータを用意してしまえば、オートマチックに加工を行うことができ好適である。

【0063】

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

【0064】

本実施形態では、ワークであるシリンダブロックを固定し、この状態で、加工ヘッド１０を回転させてボアを加工したが、これに限らない。すなわち、加工ヘッドを回転させずに、ワークであるシリンダブロックを回転させて、ボアを加工してもよい。このような加工にも、本発明を適用することができる。

【0065】

また、本実施形態では、ワークであるシリンダブロックに形成された穴の内周面を加工したが、これに限らず、ワークの外周面を加工してもよい。すなわち、例えば、エンジンのカムシャフトのカム部及びジャーナル部、ピストン、ロータリーエンジンのロータ、クランクシャフトのピン部及びジャーナル部等が挙げられる。

【符号の説明】

【0066】

１ 非真円形穴加工装置
１０ 加工ヘッド
１３ 切削バイト（刃具）
４０ 制御装置
４１ 主制御装置
４２ 同期コントローラ
４０１ 加工負荷データ取得部
４０２ 加工形状予測部
４０３ モータ制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】